磁悬浮主轴报告

主轴报告处理的问题转子二次加工转子部件上的零件，如电机转子，套筒，传感器测量环，径向磁力轴承转子等均与轴为过盈配合，过盈量为0.03mm，过盈量比设计时大，采用热套工艺时加热温度200~300℃，并且要用压力机或工装件将零件压紧。为保证转子整体的同轴度和圆度要求，应在转子的几个主要外圆面（径向磁力轴承转子外径，传感器测量环，电机转子可根据实际情况适当光圆）留出径向加工余量，双边0.5mm即可。转子后端本应有一段打了中心孔的工艺轴段，但实际情况下没有，所以要在转子后端加工一个中心孔，但由于是后来加工的孔，精度方面会有所偏差。将转子各零件的外径磨削至要求的尺寸，此时径向和轴向的保护间隙不要加工出来。传感器测量环的轴向长度要保证传感器探头能有读数。动平衡动平衡相关公式允许残留相对不平衡值（mm）允许残留不平衡值（g*mm）若转子在平衡机上的支承情况与工作时支承情况相差不大，转子只需在平衡转速（20%工作转速）上用两个校正面平衡校正。这里先认为转子为刚性（刚性转子的不平衡量不随转速变化）。设计不平衡精度等级为G2.5，转速36000rpm时，=0.663μm。转子整体质量约为5.5kg，则允许残留的不平衡值为=3.6465g*mm。去重处在传感器测量环靠近径向磁力轴承转子处（图1.1）。此处传感器测量环外圆半径为21mm，则两较正面的动不平衡质量之和为173㎎以内。图1.1转子动平衡去重处（1）海天去重情况转速3480rpm，有磨头，转子前端不平衡质量301mg，后端为57.1mg，用小风磨去重，改变效果不明显。海天的精工的动平衡机适用于较大的主轴测量，这里的转子质量太轻，测量不准，去重前后的不平衡质量变化量无法测出。（2）无锡开源磨头分厂去重情况采用上海辛克试验机有限公司的小型动平衡机，转速1000rpm左右，无磨头时，前端动不平衡量61mg，后端为110mg，几次去重后，前端52mg，后端67mg。有磨头时，前端202mg，后端80mg，给磨头去重后前端110mg左右，后端72mg。再去重，不平衡量变化不大。测量动平衡时转速不高，动不平衡量应越小越好，但实际情况达不到50mg以下，可能和测试机精度与去重位置不准有关。磁力轴承定子走线径向磁力轴承定子接线颜色应该是4根进线颜色不同，4根出线均为黑色，并且进出线相应配对。总的引出线位置应以销孔为基准呈一定角度。实际情况：进线颜色与设计要求不符；4根出线被集成了一股，用黄线引出；各磁极的位置没有根据销孔来确定；绕线方向只保证了同一对极极性相反，没有保证每一对极之间的磁极分布；引出线位置随意。针对以上情况，在浸漆之前重新接线。将出线分为四根，进出线共8根，同一对极的进出线用同种颜色的引线；根据销孔位置重新安排各磁极极性分布；用直流电源（5V）和永磁体测试各磁极的极性，并给进出线编号，用编号区分磁极；温度传感器也相应编号，两两成对引出；修改引出线位置（图1.2）。图1.2径向磁力轴承定子引线漏水问题有两套壳体，通入6公斤气压，一套壳体两端及内部漏气；另一套只有两端漏气。原因分析：铜套厚度5mm，由于工艺问题，加工余量少，没有心轴，径向孔多，导致铜套变形，外圆圆度差；同时没有在铜套上开厌氧胶的存积槽，导致厌氧胶分布不均匀；加之设计时部分轴向尺寸较小（图1.3红圈处）密封效果差。图1.3结构简图解决方案一：对只有端头漏气的壳体用厌氧胶进行封堵（填充厌氧胶后需等候24小时），再检测，反复几次，最终没有漏水现象（目前组装的这个用的此种方案）。解决方案二：对漏气严重的壳体采用密封圈密封，重新修改了套筒结构，采用氟橡胶密封圈，增加套筒余量（图1.4），套筒厚度7-8mm（仍有变形）。由于没有考虑到壳体上已加工出的径向孔太多，装入套筒时，密封圈压碎。密封圈沟槽应该开在壳体上。图1.4有密封圈的铜套密封检测（1）漏气检测将壳体上的一个水管接口用顶丝堵死，另一个接口接气管接头（接头要缠生料带），将壳体上径向方向的水管工艺孔用带有内螺纹的铜制堵头堵死。将壳体放入水箱中，水箱中水位高度适中，调节气源压力到6公斤压力（0.6MPa左右），观察壳体是否有漏气现象，做好记录，取出壳体后用标记笔标记好，便于堵漏。（2）漏水检测用小水泵（0.4kw，扬程3~12m）进行长时间漏水测试（图1.5），测试时间3~4小时（时间越长越好），此测试只针对壳体部件，其它零件没有装入壳体中。观察漏水现象，对漏水处做好标记。图1.5漏水测试壳体加工工艺问题为了保证壳体装入铜套后铜套内孔的精度，铜套内圆留有一定余量，此时应该先钻孔，再磨内圆。钻孔时应该先钻轴向孔，再钻径向孔，以免轴向孔打歪。实际情况正好相反，先加工的径向孔，再加工的轴向孔；先磨内圆和端面后才钻孔。这样导致铜套内圆圆度差，并在径向孔处有大量的突起（图1.6红圈处），需要用风磨逐个磨去（倒角刀无法放入），钻孔后使得铜套被顶起，内圆圆度差，要倒很大的倒角。图1.6加工后的壳体部件传感器安装及检测传感器支架要压紧径向磁力轴承定子，不能压在线圈上（图1.7红圈所示位置），支架上的走线孔都改为U型槽，便于安装。图1.7传感器支架与定子线圈图1.8传感器安装安装传感器探头时，测定传感测量环的外径，以及支架上传感器探头安放位置的尺寸，先计算处探头距离支架的距离，再用量块搭配出相应尺寸，进行安装（图1.8）。微调时可用塞尺和量块搭配使用。拧紧螺母后可在靠近探头的导线上缠一层胶带，防止刮伤。待整个主轴装配完后，传感器后置器接采集卡，连接好电机出线和变频器，以一定频率运转主轴，采集相应数据。传感器最大输出电压10V，这里串联一个20kΩ电阻，使传感器最大输出电压变为5V，调整传感器探头位置，使测得的电压值在2.5V左右。7.温度传感器温度传感器为KTY84-130，直接埋入线圈中，每个传感器有两根线，根据阻值变化测量温度变化。温度传感器根据销孔位置编号1~4，试运转时测量了三种状态下温度传感器的阻值。测试状态：电机开启前电阻测量，电机旋转后电阻测量（50Hz，3000rpm，运转5分钟停机测量一次），停机10分钟后电阻测量。表1.1温度传感器电阻测量开机前（Ω）开机后5分钟（Ω）再开机5分钟（Ω）停机后10分钟（Ω）温度传感器1（前）610624644661温度传感器2（前）609621639658温度传感器3（前）603615636651温度传感器4（前）602616635652温度传感器1（后）608644673674温度传感器2（后）612647676677温度传感器3（后）606641670671温度传感器4（后）609646676674轴向前610637662668轴向后604641665664从温度传感器的阻值变化可以得出如下结论：升温速度由快到慢依次是：后径向磁力轴承定子，轴向磁力轴承后定子，轴向磁力轴承前定子，前径向磁力轴承；前径向磁力轴承定子里电机定子最远，升温最慢；后径向磁力轴承定子和轴向磁力轴承定子离电机最近，升温快，其中轴向磁力轴承后定子升温比前定子快，后径向磁力轴承定子可能由于主轴后端保护轴承摩擦发热的缘故升温最快；停机10分钟后，前径向磁力轴承定子温度继续升高，后径向磁力轴承定子和轴向磁力轴承定子温度变化不大，说明整个主轴还没有达到热平衡状态。本次测量主轴只运转了10分钟左右，由于电机外壳处发烫，怕损坏主轴，没有继续运转下去。测量时用万用表测量，不是很精确，以后测量时需提高精度，并用红外热像仪测量主轴表面温度，特别是电机定子处的发热。垫片及保护间隙调整根据相应的端盖与壳体的尺寸来配做垫片。垫片材料为钢制板材，采用激光切割，再到平面磨床磨到相应尺寸。垫片厚度的测量可以在整体装配好后用塞尺来测量，或者用深度尺测量相关尺寸后计算得到（表8.1）。垫片安装前要汽油洗净、吹干、擦净。做好的垫片如图1.9所示。表1.2垫片厚度零件厚度（mm）前小垫片0.82前大垫片1.47后小垫片0.86后大垫片1.78图1.9垫片径向保护间隙只要在轴颈处径向上单边去掉0.15mm即可，两处轴颈加工后尺寸分别为：29.70mm、24.70mm，达到要求。轴向的保护间隙不好调整，需测量计算后对后大端盖直口处、转子轴肩处以及角接触球轴承定位片端面进行磨削加工（图1.10红圈处）。图1.10轴向保护间隙调整处加工时很容易磨过量，这里对后大端盖和转子总共调整了三次，结果如下。图1.11轴向保护间隙示意图前径向磁力轴承替换由于壳体部件的铜套内圆圆度不好，径向磁力轴承定子外圆偏大，导致径向磁力轴承装入后成为了过盈配合，在后径向磁力轴承定子已装入的情况下，将前径向磁力轴承定子外圆再次磨削，但磨过量，外径变为111.74mm，单边间隙0.13mm。鉴于此情况，用备用轴承进行替换。备用前径向磁力轴承定子外圆磨削后尺寸为111.95mm，并将铜套上径向孔处倒角加大，方便安装。图1.12为替换前后对比图。a）替换前b）替换后图1.12前径向磁力轴承定子替换前后对比图轴向磁力轴承断线问题在最后一次安装时，轴向磁力轴承前定子的引出线断了。因为定子里安装了温度传感器，所以没有足够位置将漆包线接为软导线，漆包线外只套有绝缘胶管，导致引出线易折断。这里将折断的漆包线用小航插上的接头触脚（空心段，弯折后）连接，焊好后用绝缘胶泥固定（图1.13），并在相应的定位套环上将走线孔改为U型槽（图1.14）。图1.13重新接线后的轴向磁力轴承定子图1.14定位套环图1.15主轴相关测量尺寸项目测量值前传感器测量环同轴度2μm前径向磁力轴承转子同轴度2μm后径向磁力轴承转子同轴度3μm后传感器测量环同轴度10μm前传感器测量环外径41.99mm前径向磁力轴承转子外径55.39mm后径向磁力轴承转子外径55.39mm后传感器测量环外径41.98mm轴向调整环轴向长度23.10mm蓝色：前径向传感器1，40UM蓝色：前径向传感器1，40UM红色：后径向传感器1，30UM绿色：前径向传感器2，30UM40hz蓝色：前径向传感器1，40UM红色：后径向传感器1，30UM绿色：后径向传感器2，20UM40hz61hz61hz与机械测量结果不符，估计是采集卡接线问题。主轴装配步骤说明零件检测。装配前前确定所有零件是否齐全，测量零件的尺寸是否达到要求，需要二次加工的零件是否留有余量；检查径向和轴向磁力轴承定子接线是否良好，检查绕线方向是否正确（通过检查极性来确定）。转子装配。鼠笼式转子铁芯可采用过盈配合，这里的转子类零件与轴都采用过盈配合。装配时可采用热套工艺，再压紧去除轴向间隙。转子二次加工。转子装配好后，前、后径向磁力轴承转子外圆和前、后传感器测量环外圆处留有余量（一般单边0.25~0.5mm），此时在外圆磨床上将这几处尺寸磨到要求尺寸。此时轴颈处的尺寸应该是没有加工保护间隙的尺寸。加工好后，应测量几个主要外圆面的圆度，同轴度，以及直径。转子动平衡。可以按G2.5来确定不平衡质量，最好找专门的高速，可检测小轴的动平衡机来检测。国内动平衡机一般转到3000rpm就是极限转速了，需要换算动不平衡量；而一些小型的动平衡机的转速还不到3000rpm。壳体装配。这里指将铜套装入壳体并钻孔。铜套装入之前，壳体上应该将水流通道的径向孔和轴向孔加工好，并且是先加工轴向孔再加工径向孔。装入铜套时可用两种方法，一种是过盈配合装入，铜套端部加密封圈或油性毡圈防漏；另一种是间隙配合厌氧胶防漏，要在铜套上相应位置开厌氧胶存积槽，一般单边深度0.2~0.3mm，槽宽3mm左右。装好后钻其它孔，同样是先钻轴向孔再钻径向孔。壳体二次加工。将壳体部件的铜套内圆加工到要求尺寸，并测量记录，加工端面（为防止将引线割伤，可用小风磨将铜套上的径向孔倒角，再用细砂纸磨，壳体外表面的径向孔可用倒角刀倒角）。密封检测。见第一部分——4漏水问题——密封检测（堵头要根据钻孔尺寸配做，过盈配合，一般钻孔偏大，堵头上加内螺纹方便拆卸）。如有漏水问题进行堵漏。装入电机定子。确定其引线长度是否足够，再压入壳体中，安装方向要正确，引线从壳体后端孔出来（图2.1）。需要做专门的工装。图2.1电机安装电机运转测试。将电机与变频器、电源接好，设置变频器频率（50~60Hz）、启动时间等参数。将前后大小端盖去锈、洗净（汽油）、吹干，相应轴承也洗净、吹干并加入润滑脂。将转子、前后大端盖先后装入，再装轴承。后端的角接触球轴承内外圈均要压紧。装好后开启电源，检测电机是否运转（图2.2）。主轴要放在绝缘物上，防止漏电。图2.2电机运转测试安装其它零部件。电机运转测试正常后，将主轴拆卸，安装其它零部件。安装顺序：后径向磁力轴承定子（工装压入，引线后端出）——轴向磁力轴承后定子（大间隙配合，引线后端出）——轴向磁力轴承定位套筒——转子——轴向磁力轴承前定子（方便拆卸起见，引线径向出）——轴径套筒（注意两个出线孔的位置）——前径向磁力轴承定子（径向出线）。安装时注意各零件的安装方向，装好后可初步测量转子的轴向移动量是否在0.6mm左右，不是的话将轴向磁力轴承定位套筒的轴向尺寸相应磨去一部分，达到要求为止。安装传感。见第一部分——6传感器安装及检测。为调整到正确位置，需拆装多次。加工保护